Гистидинкиназа
| протеингистидинкиназа | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллографическая структура АТФ:протеин-L-гистидин-N-фосфотрансфераза на основе координат PDB : 2c2a . | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.7.13.3 | ||
| Номер CAS. | 99283-67-7 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
Гистидинкиназы ( ГК , которые передаче играют в класса трансфераз роль ) являются многофункциональными, а в неживотных мирах обычно трансмембранными белками ферментов сигнала через клеточную мембрану. [ 1 ] Подавляющее большинство ГК представляют собой гомодимеры , обладающие аутокиназной , фосфотрансферной и фосфатазной активностью. ГК могут действовать как клеточные рецепторы для сигнальных молекул аналогично рецепторам тирозинкиназы (RTK). Молекулы многофункциональных рецепторов, такие как HK и RTK, обычно имеют части снаружи клетки ( внеклеточный домен), которые связываются с молекулами, подобными гормонам или факторам роста , части, которые охватывают клеточную мембрану ( трансмембранный домен ), и части внутри клетки (трансмембранный домен). внутриклеточный домен), которые обладают ферментативной активностью. Помимо киназной активности внутриклеточные домены обычно имеют области, которые связываются со вторичной эффекторной молекулой или комплексом молекул, которые далее распространяют сигнальную трансдукцию внутри клетки. В отличие от других классов протеинкиназ , ГК обычно являются частью двухкомпонентного механизма передачи сигнала , при котором ГК переносит фосфатную группу от АТФ к остатку гистидина в киназы, а затем к остатку аспартата в принимающем домене протеинкиназы. белок -регулятор ответа (или иногда на саму киназу). Совсем недавно в клетках человека было признано широко распространенное существование фосфорилирования белка гистидина, отличного от фосфорилирования двухкомпонентных гистидинкиназ. [ 2 ] [ 3 ] В отличие от фосфорилирования Ser, Thr и Tyr, анализ фосфорилированного гистидина с использованием стандартных биохимических и масс-спектрометрических подходов является гораздо более сложной задачей. [ 4 ] [ 5 ] и для их сохранения необходимы специальные процедуры и методы разделения наряду с классическим фосфорилированием Ser, Thr и Tyr на белках, выделенных из клеток человека. [ 6 ]
С точки зрения энзимологии , гистидинкиназа ( EC 2.7.13.3 , EnvZ , гистидинпротеинкиназа , протеингистидинкиназа , протеинкиназа (гистидин) HK1 , HP165 , Sln1p ) представляет собой фермент , катализирующий , химическую реакцию.
- АТФ + белок L-гистидин АДФ + белок N-фосфо-L-гистидин.
Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются АТФ и белок L- гистидин , тогда как двумя его продуктами являются АДФ и белок N-фосфо-L-гистидин.
Этот тип фермента участвует в путях передачи сигнала во многих клеточных процессах, включая различные метаболические, вирулентные и гомеостатические пути.
Механизм
[ редактировать ]
Механизм реакций, катализируемых гистидинкиназой, полностью не выяснен, но имеющиеся данные позволяют предположить, что каталитический домен одной димерной единицы может вращаться таким образом, что АТФ-связывающий карман этой единицы может вступать в контакт с определенным остатком гистидина. на противоположном звене, и нуклеофильное присоединение приводит к фосфорилированному гистидину. [ 7 ]
Структура и функции
[ редактировать ]ГК состоит из нескольких доменов, начиная с короткой N-концевой цитоплазматической части, соединенной с внеклеточным чувствительным доменом через трансмембранную α-спираль . Вторая трансмембранная α-спираль соединяет внеклеточный домен с С-концевым цитоплазматическим каталитическим доменом. Известно, что HK играют роль во многих различных путях передачи сигнала, поэтому неудивительно, что внеклеточный чувствительный домен не очень хорошо консервативен в семействе HK. Напротив, цитоплазматический домен имеет тенденцию иметь высокую гомологию последовательностей и содержит несколько хорошо известных мотивов . Эти мотивы включают коробки H, N, G1, F и G2. [ 8 ] H-бокс аутофосфорилирования содержится в N-концевом домене димеризации и гистидинового фосфопереноса (DHp). В HK853-CD, кристаллизованном из Thermotoga maritima , этот домен представляет собой спирально- шпильку и образован остатками 232-317. Сайт фосфорилирования гистидина расположен на His-260. Боксы N, G1, F и G2 содержатся в С-концевом каталитическом и АТФ-связывающем (СА) домене. Этот домен образован остатками 323–489 и образует структуру, известную как сэндвич-складка α/β. Эта конкретная складка имеет один слой, состоящий из 5-нитевого β-листа , а другой слой состоит из трех α-спиралей.
Димерная единица удерживается вместе с помощью пучка из четырех спиралей, образующегося, когда С-концевые сегменты спиралей α1 каждой субъединицы антипараллельно взаимодействуют с обеими спиралями α2. Стабильности димера способствуют несколько взаимодействий на границе раздела между DHps каждого мономера. К ним относятся гидрофобные взаимодействия между консервативными гидрофобными остатками, а также две водородные связи (Thr-252 ... Glu-316' и Arg-263 ... Асн-307') и один солевой мостик (Лис-270 ... Glu-303'). Дальнейшие взаимодействия опосредуются водородными связями с водой внутри полости внутри спиральной спирали, окруженной гидрофобными остатками.
Карман связывания нуклеотидов / АТФ содержится в домене CA, и структурное сходство этого кармана между большинством НК высокое. Полость CheA, также кристаллизованная из T. maritima, сначала образована β-листом P4 сзади, а боковые стороны полости образованы четырьмя упомянутыми ранее мотивами: ящиками N, G1, F и G2. [ 9 ] Большинство остатков β-листа гидрофобны, за исключением Asp449. Этот остаток инвариантен и образует водородную связь вместе с молекулой воды с аденина аминогруппой . Три других молекулы воды образуют прямые водородные связи с адениновым основанием. Мг 2+ ион образует мостик между всеми тремя фосфатами и инвариантным остатком Asn. Наконец, еще две молекулы воды завершают октаэдрическую координацию с Mg. 2+ и связаны с Arg-408 и His-405. Когда γ-фосфат АТФ дестабилизируется, Mg 2+ больше не наблюдается из-за его неспособности к октаэдрической координации. Марина и др. утверждают, что подобная координация Mg 2+ встречается в HK853, но не наблюдается из-за использования аналога АТФ AMPPNP. в кристаллической структуре [ 7 ] При кристаллизации аналог гидролизовался до продукта, подобного АДФ.
Последнюю сторону кармана для связывания АТФ удобно назвать «крышкой АТФ». Стабильность этой структуры обеспечивается наличием γ-фосфата и, следовательно, Mg 2+ ион в месте связывания. Также оказалось, что наличие нуклеотидного основания играет значительную роль в стабилизации крышки в закрытой конформации . Крышка АТФ связана через гидрофобные остатки с остальной частью белка. γ-фосфат АТФ в некоторой степени подвергается воздействию, что позволяет осуществить дефосфорилирование . Считается, что при связывании АТФ в этом кармане происходит конформационное изменение, позволяющее вращению домена CA вступить в контакт с DHp другого мономера и, таким образом, позволить консервативному His-260 оставаться рядом с γ-фосфатом. Nε His-260 затем атакует γ-фосфат АТФ посредством нуклеофильного присоединения и отталкивает АДФ в качестве уходящей группы.
Роль в грибковых инфекциях
[ редактировать ]Двухкомпонентная система (TCS), включающая гистидинкиназу и белок -регулятор вариабельного ответа , может иметь решающее значение для вирулентности некоторых штаммов грибов, таких как Candida albicans , которые часто ответственны за возникновение кандидоза у людей с ослабленным иммунитетом . [ 10 ] C. albicans с делецией CHK1, двухкомпонентного гена гистидинкиназы, демонстрирует дефекты морфогенеза и резкое снижение способности клетки противостоять элиминации нейтрофилами человека . Поскольку у людей нет этой двухкомпонентной системы, она может быть хорошей мишенью для противомикробных препаратов при лечении кандидоза .
Роль в бактериальных инфекциях
[ редактировать ]Подобно грибкам, двухкомпонентные системы также можно обнаружить при некоторых стойких бактериальных инфекциях. Например, сообщалось, что Staphylococcus aureus использует TCS SrrAB, состоящие из сенсорных HK (SrrB), которые переносят фосфатную группу к регулятору эффекторного ответа (SrrA), что приводит к модификации активности SrrA, включая регуляцию генов. использовал эти TCS S. aureus для определения изменений условий окружающей среды и передачи сигнала соответствующей реагирующей системе, например, гены ica индуцируются SrrAB, чтобы опосредовать сборку клеток и образование биопленок для выживания в анаэробных условиях. [ 11 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Воланин П.В., Томасон П.А., Сток Дж.Б. (2002). «Гистидинпротеинкиназы: ключевые преобразователи сигналов за пределами животного мира» . Геномная биология . 3 (10): обзоры 3013.1–3013.8. doi : 10.1186/gb-2002-3-10-reviews3013 . ПМК 244915 . ПМИД 12372152 .
- ^ Фухс С.Р., Хантер Т. (2017). «Фисфорилирование: возникновение фосфорилирования гистидина как обратимой регуляторной модификации» . Curr Opin Cell Biol . 45 : 8–16. дои : 10.1016/j.ceb.2016.12.010 . ПМК 5482761 . ПМИД 28129587 .
- ^ Фухс С.Р., Мейзенхельдер Дж., Асланян А., Ма Л., Загорска А., Станкова М., Бинни А., Аль-Обейди Ф., Могер Дж., Лемке Г., Йейтс-младший (3-й), Хантер Т. (2015). «Моноклональные антитела к 1- и 3-фосфогистидинам: новые инструменты для изучения фосфорилирования гистидина» . Клетка . 162 (1): 198–210. дои : 10.1016/j.cell.2015.05.046 . ПМЦ 4491144 . ПМИД 26140597 .
- ^ Гонсалес-Санчес МБ, Ланукара Ф, Хардман Дж.Э., Эйерс CE (2014). «Газофазный межмолекулярный перенос фосфата внутри димера фосфогистидин-фосфопептида» . Int J Масс-спектр . 367 : 28–34. Бибкод : 2014IJMSp.367...28G . дои : 10.1016/j.ijms.2014.04.015 . ПМЦ 4375673 . ПМИД 25844054 .
- ^ Гонсалес-Санчес МБ, Ланукара Ф, Хелм М, Эйерс CE (2013). «Попытка переписать историю: проблемы с анализом гистидин-фосфорилированных пептидов». Биохим Соц Транс . 41 (4): 1089–1095. дои : 10.1042/bst20130072 . ПМИД 23863184 .
- ^ Хардман Дж., Перкинс С., Руан З., Каннан Н., Браунридж П., Бирн Д.П., Эйерс П.А., Джонс А.Р., Эйерс CE (13 октября 2017 г.). «Обширное неканоническое фосфорилирование в клетках человека, выявленное с помощью фосфопротеомики, опосредованной сильным анионным обменом». bioRxiv 10.1101/202820 .
- ^ Jump up to: а б Марина А., Waldburger CD, Hendrickson WA (декабрь 2005 г.). «Структура всей цитоплазматической части сенсорного белка гистидинкиназы» . ЭМБО Дж . 24 (24): 4247–59. дои : 10.1038/sj.emboj.7600886 . ПМЦ 1356327 . ПМИД 16319927 .
- ^ Паркинсон Дж.С., Кофоид EC (1992). «Коммуникационные модули в бактериальных сигнальных белках». Анну. Преподобный Жене . 26 : 71–112. дои : 10.1146/annurev.ge.26.120192.000443 . ПМИД 1482126 .
- ^ Билвес А.М., Кесада С.М., Кроал Л.Р., Крейн Б.Р., Саймон М.И. (апрель 2001 г.). «Связывание нуклеотидов гистидинкиназой CheA». Нат. Структура. Биол . 8 (4): 353–60. дои : 10.1038/86243 . ПМИД 11276258 . S2CID 25434861 .
- ^ Торосантуччи А., Кьяни П., Де Бернардис Ф., Кассоне А., Калера Х.А., Кальдероне Р. (февраль 2002 г.). «Удаление двухкомпонентного гена гистидинкиназы (CHK1) Candida albicans способствует усиленному ингибированию роста и уничтожению нейтрофилов человека in vitro» . Заразить. Иммунитет . 70 (2): 985–7. дои : 10.1128/IAI.70.2.985-987.2002 . ПМК 127696 . ПМИД 11796636 .
- ^ Тивари Н., Лопес-Редондо М., Мигель-Ромеро Л., Кулханкова К., Кэхилл М.П., Тран П.М. и др. (май 2020 г.). «Двухкомпонентная система SrrAB регулирует патогенность Staphylococcus aureus посредством окислительно-восстановительных цистеинов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 117 (20): 10989–10999. дои : 10.1073/pnas.1921307117 . ПМЦ 7245129 . ПМИД 32354997 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Коулуру А (2002). «Идентификация и характеристика новой протеингистидинкиназы в островковых бета-клетках: доказательства ее регуляции мастопараном, активатором G-белков и секреции инсулина». Биохим. Фармакол . 63 (12): 2091–100. дои : 10.1016/S0006-2952(02)01025-0 . ПМИД 12110368 .
- Йошими А, Цуда М, Танака С (2004). «Клонирование и характеристика гена гистидинкиназы Dic1 из Cochliobolus гетерострофуса, который придает устойчивость к дикарбоксимиду и осмотическую адаптацию». Мол. Жене. Геномика . 271 (2): 228–36. дои : 10.1007/s00438-003-0974-4 . ПМИД 14752661 . S2CID 26038953 .
- Бейер Д., Фрэнк Р. (2000). «Молекулярная характеристика двухкомпонентных систем Helicobacter pylori» . Дж. Бактериол . 182 (8): 2068–76. дои : 10.1128/JB.182.8.2068-2076.2000 . ПМЦ 111253 . ПМИД 10735847 .
- Пфлок М., Дитц П., Шар Дж., Бейер Д. (2004). «Генетические доказательства того, что гистидинкиназа HP165 является сенсором кислоты Helicobacter pylori» . ФЭМС Микробиол. Летт . 234 (1): 51–61. дои : 10.1111/j.1574-6968.2004.tb09512.x . ПМИД 15109719 .
- Робертс Д.Л., Беннетт Д.В., Форст С.А. (1994). «Идентификация места фосфорилирования на осмосенсоре EnvZ Escherichia coli» . Ж. Биол. Хим . 269 (12): 8728–33. дои : 10.1016/S0021-9258(17)37029-1 . ПМИД 8132603 .
- Александрин М. Билвес; Лиза А. Алекс; Брайан Р. Крейн; Мелвин И. Саймон (1999). «Структура CheA, гистидинкиназы, передающей сигнал» . Клетка . 96 (1): 131–41. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80966-6 . ПМИД 9989504 . S2CID 16842653 .
- Райан Л. Брунсинг; Чандра Ла Клер; Шэрон Тан; Кристина Чан; Линн Э. Хэнкок; Марта Перего; Джеймс А. Хох (2005). «Характеристика споруляционных гистидинкиназ Bacillus anthracis» . Дж. Бактериол . 187 (20): 6972–81. дои : 10.1128/JB.187.20.6972-6981.2005 . ПМЦ 1251614 . ПМИД 16199567 .
- Амр Эльдакак; Ф. Мэрион Хьюлетт (2007). «Cys303 в гистидинкиназы PhoR имеет решающее значение для реакции фосфопереноса в двухкомпонентной системе PhoPR в Bacillus subtilis» . Дж. Бактериол . 189 (2): 410–21. дои : 10.1128/JB.01205-06 . ПМЦ 1797398 . ПМИД 17085571 .
- Хиршман А., Бухвалова М., ВанБругген Р., Вулф А.Дж., Стюарт Р.С. (ноябрь 2001 г.). «Мутации активного сайта CheA, протеинкиназы, передающей сигнал системы хемотаксиса в Escherichia coli». Биохимия . 40 (46): 13876–87. дои : 10.1021/bi0113622 . ПМИД 11705377 .
